專利名稱：用于多軸模擬的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)試裝置以及用于醫(yī)療植入裝置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
多軸疲勞測(cè)試裝置包括通過(guò)多個(gè)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的多重輸入、多重輸出機(jī)械連桿機(jī)構(gòu) 以及實(shí)時(shí)和同步操作多個(gè)致動(dòng)器的每個(gè)致動(dòng)器以便形成用戶限定的多重疲勞周期剖面的 控制器。 本發(fā)明的一種實(shí)施方式針對(duì)一種多軸疲勞裝置，該多軸疲勞裝置包括被構(gòu)造 成保持測(cè)試構(gòu)件的樣品保持器；作用在樣品保持器上以造成樣品保持器在多個(gè)軸線上變 形的多重輸入、多重輸出連桿機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)多重輸入、多重輸出連桿機(jī)構(gòu)的多個(gè)致動(dòng)器；以 及操作多個(gè)致動(dòng)器的每個(gè)致動(dòng)器以便對(duì)于多個(gè)軸線的每個(gè)軸線產(chǎn)生用戶限定的周期剖面 (profile)的控制器。在一個(gè)方面，多個(gè)軸線的一個(gè)軸線代表彎曲角度。在一個(gè)方面，多個(gè) 軸線的一個(gè)軸線代表軸向應(yīng)變。在一個(gè)方面，多個(gè)軸線的一個(gè)軸線代表軸向應(yīng)變，并且多個(gè) 軸線的另一軸線代表彎曲角度。在一個(gè)方面，多個(gè)軸線的一個(gè)軸線代表扭轉(zhuǎn)。在一個(gè)方面， 多個(gè)軸線的一個(gè)軸線代表周向應(yīng)變。在一個(gè)方面，控制器被構(gòu)造成允許用戶選擇用于多個(gè) 軸線的一個(gè)或多個(gè)軸線的周期剖面。在一個(gè)方面，用于多個(gè)軸線的每個(gè)軸線的用戶限定的 周期剖面模擬被植入測(cè)試構(gòu)件的所期望的使用狀態(tài)。在一個(gè)方面，用戶限定的周期剖面是 非正弦的。在一個(gè)方面，用于多個(gè)軸線的第一軸線的第一周期剖面與用于多個(gè)軸線的第二 軸線的第二周期剖面相差一個(gè)相角。在一個(gè)方面，控制器被構(gòu)造成允許用戶選擇用于多個(gè) 軸線的每個(gè)軸線的第二周期剖面，用于多個(gè)軸線的每個(gè)軸線的第二周期剖面模擬被植入測(cè) 試構(gòu)件的所期望的第二使用狀態(tài)。在一個(gè)方面，測(cè)試構(gòu)件具有一個(gè)支架。在一個(gè)方面，連桿 機(jī)構(gòu)包括四連桿機(jī)構(gòu)。 一個(gè)方面還包括多個(gè)樣品保持器，每個(gè)樣品保持器被構(gòu)造成保持測(cè) 試構(gòu)件。在一個(gè)方面，多重輸入、多重輸出連桿機(jī)構(gòu)作用在多個(gè)樣品保持器的每個(gè)樣品保持 器上，以造成多個(gè)樣品保持器的每個(gè)樣品保持器在多個(gè)軸線上變形。 本發(fā)明的另一實(shí)施方式針對(duì)一種多軸疲勞裝置，該多軸疲勞裝置包括樣品保持 器；造成樣品保持器沿著至少第一變形軸線變形的第一致動(dòng)器；造成樣品保持器沿著至少 第二變形軸線變形的第二致動(dòng)器；以及操作第一和第二致動(dòng)器以便產(chǎn)生與第一變形軸線相 關(guān)聯(lián)的第一周期剖面和與第二變形軸線相關(guān)聯(lián)的第二周期剖面的控制器，其中沿著第一變 形軸線的變形通過(guò)第一和第二致動(dòng)器確定。 一個(gè)方面還包括連接到第一和第二致動(dòng)器的機(jī) 械連桿機(jī)構(gòu)，機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)響應(yīng)第一和第二致動(dòng)器造成樣品保持器沿著第一和第二變形軸 線變形。在一個(gè)方面，第一變形軸線代表彎曲角度。在一個(gè)方面，第一變形軸線代表軸向應(yīng) 變。在一個(gè)方面，第二變形軸線代表彎曲角度。在一個(gè)方面，控制器被構(gòu)造成允許用戶選擇 用于一個(gè)或多個(gè)變形軸線的周期剖面。在一個(gè)方面，用于第一和第二變形軸線的每個(gè)軸線 的用戶限定的周 剖面模擬被植入測(cè)試構(gòu)件的所期望的使用狀態(tài)。在一個(gè)方面，用戶限定 的周期剖面是非正弦的。在一個(gè)方面，用于第一變形軸線的第一周期剖面與用于第二變形 軸線的第二周期剖面相差一個(gè)相角。在一個(gè)方面，控制器被構(gòu)造成允許用戶選擇用于第一和第二變形軸線的每個(gè)軸線的第二周期剖面，用于第一和第二變形軸線的每個(gè)軸線的第二 周期剖面模擬被植入測(cè)試構(gòu)件的所期望的第二使用狀態(tài)。在一個(gè)方面，被植入測(cè)試構(gòu)件具 有一個(gè)支架。在一個(gè)方面，機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)包括四連桿機(jī)構(gòu)。 一個(gè)方面還包括多個(gè)樣品保持 器，每個(gè)樣品保持器被構(gòu)造成保持測(cè)試構(gòu)件。 本發(fā)明的另一實(shí)施方式針對(duì)一種方法，該方法包括接收一組測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)；根 據(jù)該組測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)的至少一部分計(jì)算用于第一致動(dòng)器的第一組位置，第一組位置限定第 一致動(dòng)器在疲勞周期中的狀態(tài)；根據(jù)用于第一致動(dòng)器的第一組位置的至少一部分計(jì)算用于 第二致動(dòng)器的第二組位置，第二組位置限定第二致動(dòng)器在疲勞周期中的狀態(tài)；以及按照計(jì) 算的第一組位置重復(fù)操作第一致動(dòng)器并按照計(jì)算的第二組位置重復(fù)操作第二致動(dòng)器長(zhǎng)達(dá) 預(yù)定數(shù)量的周期，其中第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器的操作產(chǎn)生測(cè)試構(gòu)件按照第一周期剖面沿 著第一變形軸線的變形以及按照第二周期剖面沿著第二變形軸線的變形。在一個(gè)方面，第 一周期剖面是非正弦的。 一個(gè)方面還包括根據(jù)該組測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)的至少一部分計(jì)算用于第 三致動(dòng)器的第三組位置，第三組位置限定第三致動(dòng)器在疲勞周期中的狀態(tài)；以及按照計(jì)算 的第三組位置重復(fù)操作第三致動(dòng)器長(zhǎng)達(dá)預(yù)定數(shù)量的周期，其中第三致動(dòng)器的操作產(chǎn)生測(cè)試 構(gòu)件按照第三周期剖面沿著第三變形軸線的變形。在一個(gè)方面，第三周期剖面代表扭轉(zhuǎn)變 形。 一個(gè)方面還包括根據(jù)該組測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)的至少一部分計(jì)算用于第四致動(dòng)器的第四組位 置，第四組位置限定第四致動(dòng)器在疲勞周期中的狀態(tài)；以及按照計(jì)算的第四組位置重復(fù)操 作第四致動(dòng)器長(zhǎng)達(dá)預(yù)定數(shù)量的周期，其中第四致動(dòng)器的操作產(chǎn)生測(cè)試構(gòu)件按照第四周期剖 面沿著第四變形軸線的變形。在一個(gè)方面，第四周期剖面代表周向變形。


圖la是多軸疲勞測(cè)試裝置的側(cè)視圖。 圖lb是圖la所示的疲勞測(cè)試裝置在疲勞周期的不同點(diǎn)處的側(cè)視圖。 圖2表示圖1所示實(shí)施方式中的第一和第二致動(dòng)器的彎曲角度、軸向應(yīng)變周期剖
面以及移位的實(shí)例。 圖3表示圖1所示實(shí)施方式中的第一和第二致動(dòng)器的不同彎曲角度、軸向應(yīng)變周 期剖面以及移位的實(shí)例。 圖4表示第一和第二致動(dòng)器針對(duì)圖2和3所示的疲勞周期所遵循的狀態(tài)路徑。
圖5a表示圖l所示的實(shí)施方式中的第一和第二致動(dòng)器的用戶限定的彎曲角度、軸 向應(yīng)變周期剖面和移位的實(shí)例。 圖5b表示第一和第二致動(dòng)器針對(duì)圖5a所示的疲勞周期所遵循的狀態(tài)路徑。 圖6是表示多軸疲勞測(cè)試裝置的操作的視圖。 圖7是表示多軸疲勞測(cè)試裝置的方框圖。 圖8是多軸疲勞測(cè)試裝置的一部分的側(cè)視圖。 圖9是圖8所示的多軸疲勞測(cè)試裝置的透視圖。 圖10是扭轉(zhuǎn)組件的另一實(shí)施方式的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖la和lb是多軸疲勞測(cè)試裝置在疲勞周期中的兩個(gè)時(shí)刻的側(cè)視圖。圖la和lb中，例如可植入支架的測(cè)試構(gòu)件被保持在樣品保持器101內(nèi)，樣品保持器用作支架的目標(biāo) 管狀容器。樣品保持器的上端和下端被分別附接到上抓握部103和下抓握部107上。上抓 握部和下抓握部(還稱為裝配件)在外部流體回路(未示出)和樣品保持器的內(nèi)腔之間提 供流體連通。外部流體回路可提供經(jīng)過(guò)樣品保持器的平均流和脈動(dòng)流，由此模擬例如動(dòng)脈 的狀態(tài)。雖然圖la和lb的側(cè)視圖沒(méi)有表示出多個(gè)樣品保持器，應(yīng)該理解到，定位在圖la 所示的樣品保持器101之后的另外樣品保持器可以通過(guò)多軸疲勞裝置驅(qū)動(dòng)。
下抓握部通過(guò)下部臺(tái)108支承。在一些實(shí)施方式中，下抓握部可圍繞樣品保持器 的縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便在疲勞測(cè)試過(guò)程中將扭轉(zhuǎn)或扭曲施加給樣品。上抓握部通過(guò)上部臺(tái) 104支承。在一些實(shí)施方式中，上抓握部可圍繞樣品保持器的縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便在疲勞測(cè)試 過(guò)程中將扭轉(zhuǎn)施加給樣品。在上抓握部和下抓握部?jī)烧邔⑴まD(zhuǎn)施加給樣品時(shí)扭轉(zhuǎn)可與樣品
的彎曲同時(shí)施加。上部臺(tái)通過(guò)上部臺(tái)支承件iio支承，上部臺(tái)支承件可滑動(dòng)地附接到豎直
滑動(dòng)支承件112，豎直滑動(dòng)支承件112允許上部臺(tái)相對(duì)于下部臺(tái)豎直平移。
上部臺(tái)支承件的運(yùn)動(dòng)經(jīng)由機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)130通過(guò)第二致動(dòng)器125控制。在圖1所 示的實(shí)例中，機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)是四連桿機(jī)構(gòu)，但是可以使用其它類型的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)。四連桿 機(jī)構(gòu)包括在一端處通過(guò)中層臺(tái)135樞轉(zhuǎn)支承并在另一端處樞轉(zhuǎn)地錨固到上部臺(tái)支承件110 的第一連桿131。第二連桿133在一端處通過(guò)下部臺(tái)108樞轉(zhuǎn)支承并在另一端處通過(guò)中層 臺(tái)135樞轉(zhuǎn)支承。在圖l所示的實(shí)例中，第一和第二連桿的長(zhǎng)度以及中層臺(tái)和下部臺(tái)的有 效銷(xiāo)對(duì)銷(xiāo)距離是相同的。圖la所示的四連桿構(gòu)造在第二 (輸入)連桿133的所有位置上 有效地平行于下部臺(tái)引導(dǎo)中層臺(tái)。第三連桿132在一端處通過(guò)下部臺(tái)108樞轉(zhuǎn)支承，并且 在另一端處通過(guò)中層臺(tái)135樞轉(zhuǎn)支承。在圖la和lb所示的實(shí)例中，第三連桿132的長(zhǎng)度 與第一連桿131相同，有效地驅(qū)動(dòng)上部臺(tái)104兩倍于中層臺(tái)的距離。 彎曲工具支承件136通過(guò)中層臺(tái)135可滑動(dòng)地支承。彎曲工具組件137被附接到 彎曲工具支承件136的一端。彎曲工具支承件136的另一端樞轉(zhuǎn)地附接到第一致動(dòng)器120 的驅(qū)動(dòng)軸121。第一致動(dòng)器120通過(guò)附接到下部臺(tái)108的第一致動(dòng)器支承件122樞轉(zhuǎn)支承。 第二致動(dòng)器125通過(guò)附接到下部臺(tái)108的第二致動(dòng)器支承件127樞轉(zhuǎn)支承。第二致動(dòng)器 125的驅(qū)動(dòng)軸126在第二連桿133的下部臺(tái)樞轉(zhuǎn)軸線134和中層臺(tái)樞轉(zhuǎn)軸線(未示出)之 間中部的一點(diǎn)處樞轉(zhuǎn)地附接到第二連桿133。 在圖la和lb所示的疲勞周期中，第二致動(dòng)器125在疲勞周期過(guò)程中保持固定，并 且只有第一致動(dòng)器120水平地驅(qū)動(dòng)彎曲工具支承件136，以便彎曲和拉伸樣品保持器101。 在此構(gòu)造中，在整個(gè)疲勞周期過(guò)程中施加在樣品保持器上的彎曲角度和軸向應(yīng)變通過(guò)幾何 形狀來(lái)限制，并且不能單獨(dú)地變化。但是使用狀態(tài)的模擬通常需要被測(cè)試支架的單獨(dú)可選 的最大彎曲角度和最大軸向應(yīng)變。在圖la和lb所示的構(gòu)造中，彎曲角度取決于第一和第 二致動(dòng)器兩者的驅(qū)動(dòng)軸的位置。類似地，軸向應(yīng)變?nèi)Q于第一和第二致動(dòng)器兩者的驅(qū)動(dòng)軸 的位置。致動(dòng)器之一的驅(qū)動(dòng)軸位置的變化影響樣品保持器的彎曲角度和軸向應(yīng)變。 一個(gè)致 動(dòng)器中造成例如所期望彎曲角度的變化會(huì)造成軸向應(yīng)變的不希望的變化。為了在樣品保持 器上實(shí)現(xiàn)所期望的彎曲角度和軸向應(yīng)變，致動(dòng)器都不能獨(dú)立于其它致動(dòng)器來(lái)操作。在例如 最大彎曲角度和最大軸向應(yīng)變通過(guò)用戶單獨(dú)選擇時(shí)，第一致動(dòng)器120和第二致動(dòng)器125的 控制應(yīng)該是同步的。 如這里使用地那樣，多軸指的是樣品保持器和支架的變形是在一個(gè)以上的軸線上。在圖l所示的實(shí)例中，樣品保持器的彎曲是沿著第一測(cè)試軸線的變形，并且軸向伸長(zhǎng) 是樣品保持器沿著第二測(cè)試軸線的變形。如果上抓握部和下抓握部在疲勞周期過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，施加到樣品保持器和支架上的扭轉(zhuǎn)會(huì)代表樣品保持器沿著第三測(cè)試軸線的變形。類似 地，在外部回路將脈動(dòng)流施加到樣品保持器的內(nèi)腔時(shí)，得到的周向應(yīng)變會(huì)代表樣品保持器 沿著第四測(cè)試軸線的變形。每個(gè)測(cè)試軸線具有相關(guān)聯(lián)的變形周期剖面(也稱為周期剖面)， 變形周期剖面描述了在每個(gè)疲勞周期過(guò)程中沿著相關(guān)的測(cè)試軸線的變形。例如，施加到樣 品上的扭轉(zhuǎn)會(huì)遵循扭轉(zhuǎn)周期剖面。在優(yōu)選實(shí)施方式中，沿著每個(gè)變形軸線的變形可被一致 地施加到樣品。在疲勞測(cè)試過(guò)程中，多個(gè)周期剖面的每個(gè)周期剖面會(huì)用于每個(gè)測(cè)試軸線。例 如，用戶會(huì)希望在疲勞測(cè)試中模擬行走和爬樓梯兩種動(dòng)作。在這種情況下，第一組周期剖面 可用來(lái)模擬行走，并且第二組周期剖面可用來(lái)模擬爬樓梯。 圖2表示在一個(gè)疲勞周期中第一和第二致動(dòng)器的移位以及彎曲角度周期剖面和 軸向應(yīng)變周期剖面。在圖2中，樣品的軸向應(yīng)變通過(guò)線210表示，樣品彎曲角度通過(guò)線220 表示，第一致動(dòng)器的移位通過(guò)線260表示，并且第二致動(dòng)器的移位通過(guò)線250表示。軸向應(yīng) 變開(kāi)始為2%，并升高到12%的最大軸向應(yīng)變。開(kāi)始的彎曲角度設(shè)定為2。并且增加到4。 的最大彎曲角度。開(kāi)始的軸向應(yīng)變、最大軸向應(yīng)變、開(kāi)始的彎曲角度以及最大彎曲角度通過(guò) 用戶優(yōu)選地經(jīng)由計(jì)算機(jī)程序界面來(lái)單獨(dú)選擇。圖2表示用于軸向應(yīng)變和彎曲角度兩者的正 弦周期剖面，但是應(yīng)該理解到本發(fā)明的實(shí)施方式不局限于正弦的周期剖面。在一些實(shí)施方 式中，用戶會(huì)從一組預(yù)選周期剖面中選擇周期剖面，或者會(huì)輸入用于彎曲角度的所期望的 周期剖面以及用于軸向應(yīng)變的所期望的第二周期剖面。在通過(guò)用戶選擇或輸入所期望的周 期剖面之后，控制程序計(jì)算第一和第二致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸在疲勞周期過(guò)程中的所期望的延伸 圖3表示在一個(gè)疲勞周期過(guò)程中第一和第二致動(dòng)器的移位以及樣品彎曲角度和 軸向應(yīng)變，其具有不同于圖2所示的最大彎曲角度。在圖3中，樣品的軸向應(yīng)變通過(guò)線310 表示，樣品彎曲角度通過(guò)線320表示，第一致動(dòng)器的移位通過(guò)線360表示，并且第二致動(dòng)器 的移位通過(guò)線350表示。在圖3中，軸向應(yīng)變開(kāi)始于2% ，并且升高到12%的最大軸向應(yīng)變， 并且開(kāi)始的彎曲角度設(shè)定在2。，并且增加到47。的最大彎曲角度。 圖4顯示了第一和第二致動(dòng)器針對(duì)圖2和3所示的疲勞周期所遵循的致動(dòng)器狀態(tài) 路徑。在圖4中，第一致動(dòng)器的延伸量沿著y軸線表示，并且第二致動(dòng)器的延伸量沿著x軸 線表示。與標(biāo)記410相關(guān)聯(lián)的曲線表示產(chǎn)生圖2所示的彎曲和應(yīng)變疲勞周期所需的第一和 第二致動(dòng)器的狀態(tài)。與標(biāo)記540相關(guān)聯(lián)的曲線表示產(chǎn)生圖3所示的彎曲和應(yīng)變疲勞周期所 需的第一和第二致動(dòng)器的狀態(tài)。圖4所示的曲線都不是線性的，其是兩個(gè)致動(dòng)器模擬圖2 和3所示的所期望的彎曲和應(yīng)變周期剖面的正弦剖面時(shí)所希望的路徑。
圖5a表示用戶限定的彎曲角度周期剖面520以及軸向應(yīng)變周期剖面510以及第 一致動(dòng)器550和第二致動(dòng)器560在一個(gè)疲勞周期中的所得到的移位。圖5a所示的用戶限 定的彎曲角度和軸向應(yīng)變周期剖面表示彎曲角度和軸向應(yīng)變不局限于正弦形狀，并且各自 可以是任意形狀?？梢暂斎胗脩粝薅ǖ娜我鈴澢嵌群洼S向應(yīng)變疲勞周期形狀的能力使得 用戶更接近地模擬支架在植入其目標(biāo)脈管時(shí)可能經(jīng)歷的通常復(fù)雜的彎曲和拉伸。圖5b顯 示第一和第二致動(dòng)器針對(duì)圖5a所示的疲勞周期所遵循的致動(dòng)器狀態(tài)路徑。疲勞周期的開(kāi) 始處通過(guò)點(diǎn)595表示，并且箭頭表示圍繞閉合的狀態(tài)路徑590的時(shí)間的方向。
7
圖6是表示進(jìn)行疲勞測(cè)試的過(guò)程的流程圖。用戶通過(guò)在步驟610輸入一組測(cè)試 參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)開(kāi)始疲勞測(cè)試。該組測(cè)試參數(shù)包括例如疲勞周期數(shù)量、初始彎曲角度、最大彎 曲角度、初始軸向應(yīng)變、最大軸向應(yīng)變、樣品管直徑以及彎曲工具半徑的信息。如果測(cè)試包 括施加扭轉(zhuǎn)和/或脈動(dòng)延伸，限定這些剖面的信息通過(guò)用戶輸入。用戶還可輸入比例如正 弦剖面的缺省剖面更接近地模擬所希望的使用剖面的軸向應(yīng)變剖面和/或彎曲剖面。用 戶輸入測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)優(yōu)選地經(jīng)過(guò)作為機(jī)械測(cè)試機(jī)的軟件/硬件測(cè)試平臺(tái)一部分提供的用 戶界面。這種平臺(tái)可包括執(zhí)行控制程序的計(jì)算機(jī)以及將測(cè)試機(jī)的致動(dòng)器和測(cè)量傳感器與控 制程序接口的控制電子器件?？刂瞥绦虬ㄓ糜谳斎霚y(cè)試參數(shù)并觀察測(cè)試情況和結(jié)果的用 戶界面、用于控制該控制電子器件的模塊以及用于接收來(lái)自于測(cè)試機(jī)的致動(dòng)器和傳感器的 信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成測(cè)試數(shù)據(jù)且將測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的可讀取介質(zhì)內(nèi)的模塊。這種平 臺(tái)的實(shí)例是可從ElectroForce Systems Group of BoseCorporation of Eden Prairie，
Minnesota得到的WinTe St : PCI控制平臺(tái)。 根據(jù)用戶輸入的測(cè)試參數(shù)和作為測(cè)試裝置的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)特征的連桿機(jī)構(gòu)幾何
形狀參數(shù)在步驟620計(jì)算疲勞周期中的每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處的致動(dòng)器位置。連桿機(jī)構(gòu)幾何形狀
參數(shù)可被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的不需要用戶輸入的可讀取存儲(chǔ)器內(nèi)。在可以使用不同組的機(jī)械連
桿機(jī)構(gòu)和致動(dòng)器的一些模塊化的測(cè)試機(jī)中，連桿幾何形狀參數(shù)可被存儲(chǔ)在可由測(cè)試平臺(tái)軟
件根據(jù)模塊化測(cè)試機(jī)上所采用的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)而訪問(wèn)的電子圖書(shū)館中。疲勞周期被分割成
多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，并且使用至少一些被訪問(wèn)的幾何形狀參數(shù)、用戶輸入的測(cè)試參數(shù)以及在前
一時(shí)間步長(zhǎng)處的致動(dòng)器位置來(lái)計(jì)算每個(gè)致動(dòng)器的所期望的位置。所期望的致動(dòng)器位置可被
存儲(chǔ)，以便在疲勞測(cè)試過(guò)程中得以訪問(wèn)。疲勞周期中的時(shí)間步長(zhǎng)的數(shù)量可通過(guò)平衡所期望
的致動(dòng)器控制平穩(wěn)性與支持控制模塊的計(jì)算機(jī)處理器的增加負(fù)荷來(lái)確定。 疲勞測(cè)試控制程序包括外部疲勞環(huán)路630和嵌套內(nèi)部周期環(huán)路640，并且優(yōu)選地
實(shí)時(shí)執(zhí)行。外部疲勞環(huán)路630針對(duì)用戶限定的疲勞周期的數(shù)量進(jìn)行重復(fù)。內(nèi)部周期環(huán)路
640針對(duì)預(yù)定的時(shí)間步長(zhǎng)的數(shù)量進(jìn)行重復(fù)。在周期環(huán)路中，用于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的所期望的致
動(dòng)器位置從存儲(chǔ)器得以訪問(wèn)，并且在步驟642被發(fā)送到其各自致動(dòng)器。在每個(gè)致動(dòng)器內(nèi)，在
步驟644位置傳感器測(cè)量致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸的當(dāng)前位置，并且例如PID環(huán)路的內(nèi)部控制環(huán)路
645使用所期望的位置和實(shí)際位置來(lái)朝著所期望的位置驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。每個(gè)致動(dòng)器的當(dāng)前位
置被用來(lái)計(jì)算樣品的當(dāng)前彎曲角度和軸向應(yīng)變，并且該信息被實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的可讀
取介質(zhì)內(nèi)。 應(yīng)該理解到，圖1所示的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)是示例性的實(shí)例，而沒(méi)有限制含義。圖1所 示的連桿機(jī)構(gòu)是多重輸入、多重輸出(MIM0)連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)例，其中連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)以上 的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)以上的測(cè)試軸線中(例如彎曲角度和軸向應(yīng)變)的變化。為了 單獨(dú)控制輸出變量，致動(dòng)器不能單獨(dú)控制，而必須以一致的方式驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生單獨(dú)選擇的輸 出周期剖面。 圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的方框圖。在圖7中，多重輸入、多重輸出(MIM0)連 桿機(jī)構(gòu)720按照一個(gè)或多個(gè)用戶限定的變形周期剖面使保持有支架701的樣品保持器710 變形。MM0連桿機(jī)構(gòu)720通過(guò)多個(gè)致動(dòng)器730、732驅(qū)動(dòng)?？刂破?70操作或控制致動(dòng)器 730、732，以在樣品保持器710中產(chǎn)生所期望的變形。樣品保持器710的內(nèi)腔與外部流動(dòng)回 路745流體連通。外部流動(dòng)回路包括將流體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)樣品保持器710的內(nèi)腔的至少一個(gè)流
8體運(yùn)動(dòng)裝置740，例如泵或波紋管。流體運(yùn)動(dòng)裝置740通過(guò)控制器770控制，從而在樣品保 持器710的內(nèi)腔中保持所期望的流速和壓力。所期望的流速可包括平均流速和脈動(dòng)流速。
控制器770包括計(jì)算機(jī)775和控制回路777。計(jì)算機(jī)775執(zhí)行自動(dòng)管理疲勞測(cè)試 并記錄和存儲(chǔ)從多個(gè)儀表傳感器(未示出)得到的數(shù)據(jù)的控制程序?？刂苹芈?77提供執(zhí) 行計(jì)算機(jī)程序和疲勞測(cè)試裝置的致動(dòng)器和傳感器之間的接口。 圖8是使用具有不同于圖1所示構(gòu)造的構(gòu)造的MIM0連桿機(jī)構(gòu)的多軸疲勞測(cè)試裝 置的一部分的側(cè)剖視圖。在圖8中，樣品保持器801在兩端處通過(guò)附接到扭轉(zhuǎn)組件807的 抓握部805支承。扭轉(zhuǎn)組件807在疲勞周期過(guò)程中將扭轉(zhuǎn)施加到樣品保持器801，而MIM0 連桿機(jī)構(gòu)將軸向應(yīng)變和彎曲施加到樣品和樣品保持器。抓握部805和扭轉(zhuǎn)組件807為樣品 保持器保持的支架的內(nèi)腔提供流動(dòng)路徑。附接到扭轉(zhuǎn)組件807的流動(dòng)端口 802為在疲勞周 期過(guò)程中控制經(jīng)過(guò)支架內(nèi)腔的流量和壓力的外部流動(dòng)回路提供流動(dòng)路徑。
每個(gè)扭轉(zhuǎn)組件807通過(guò)杠桿臂845支承，并圍繞公共樞轉(zhuǎn)軸線(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)。連 桿840在連桿的一端處樞轉(zhuǎn)連接到杠桿臂845，并樞轉(zhuǎn)連接到公共驅(qū)動(dòng)連桿820。公共驅(qū)動(dòng) 連桿820通過(guò)驅(qū)動(dòng)連桿支承件825可滑動(dòng)支承。公共驅(qū)動(dòng)連桿820連接到第一致動(dòng)器的驅(qū) 動(dòng)軸(未示出)。彎曲工具830通過(guò)彎曲工具支承件835可滑動(dòng)支承。彎曲工具830附接 到第二致動(dòng)器(未示出)。彎曲工具830被定位和定向，使得樣品保持器801在沿著樣品保 持器的長(zhǎng)度的中點(diǎn)處圍繞彎曲工具彎曲。 圖9是圖8所示的測(cè)試固定裝置的透視圖，并表示可同時(shí)測(cè)試一個(gè)以上的支架、由 此減小總體測(cè)試時(shí)間、同時(shí)增加結(jié)果的統(tǒng)計(jì)可靠性的實(shí)例。為了清楚起見(jiàn)，彎曲工具組件和 樣品保持器沒(méi)有在圖9中表示，并且相同的附圖標(biāo)記指的是與圖8中相同的結(jié)構(gòu)。在圖9 所示的實(shí)例中，倒剌式抓握部952用來(lái)保持樣品保持器，但是按照被測(cè)試的樣品，可以使用 其它類型的抓握部。 在圖9中，扭轉(zhuǎn)組件807通過(guò)附接到杠桿臂845的桿940支承。扭轉(zhuǎn)杠桿臂937的 一端樞轉(zhuǎn)地附接到扭轉(zhuǎn)組件807，并且扭轉(zhuǎn)杠桿臂937的另一端樞轉(zhuǎn)地附接到扭轉(zhuǎn)連桿機(jī) 構(gòu)935。扭轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)935被機(jī)械連接到致動(dòng)器(未示出)。在扭轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)935移位時(shí)， 扭轉(zhuǎn)杠桿臂937將轉(zhuǎn)動(dòng)施加到支承桿940上的每個(gè)扭轉(zhuǎn)組件。每個(gè)扭轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)935可通 過(guò)分開(kāi)的致動(dòng)器單獨(dú)操作。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，單個(gè)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)扭轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)935，使得 一個(gè)支承桿上的扭轉(zhuǎn)組件在與另一支承桿上的扭轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖10是扭轉(zhuǎn)組件1000的另一實(shí)施方式的側(cè)剖視圖。在圖10中，扭轉(zhuǎn)組件殼體 1020通過(guò)扭轉(zhuǎn)支承件1010經(jīng)由軸承1015可轉(zhuǎn)動(dòng)支承。扭轉(zhuǎn)支承件1010被剛性附接到 MMO連桿機(jī)構(gòu)的杠桿臂1005。杠桿臂1035的第一端被附接到殼體1020，并且杠桿臂1035 的第二端被樞轉(zhuǎn)地附接到扭轉(zhuǎn)連桿1030。扭轉(zhuǎn)連桿1030通過(guò)扭轉(zhuǎn)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，并且在扭轉(zhuǎn) 致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)扭轉(zhuǎn)連桿離開(kāi)圖10的平面時(shí)，在從圖IO所示的方向向下觀看的情況下，杠桿臂 1035使殼體1020在順時(shí)針?lè)较蛏限D(zhuǎn)動(dòng)。殼體1020包括流動(dòng)增壓室1025，以提供從外部流 動(dòng)回路經(jīng)由殼體入口端口 1024離開(kāi)到達(dá)樣品保持器端口 1022的流體路徑?？梢瞥脑鰤?室蓋1028可被打開(kāi)，以便將樣品加載到樣品保持器，并在流動(dòng)環(huán)路中吹送空氣。
以上描述的裝置的實(shí)施方式包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以明白的計(jì)算機(jī)部件以 及計(jì)算機(jī)執(zhí)行步驟。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解到，計(jì)算機(jī)執(zhí)行步驟可作為計(jì)算機(jī) 可執(zhí)行指令存儲(chǔ)在例如軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)、閃存ROM、非易失ROM和RAM的計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)
9上。另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可在連接到網(wǎng)絡(luò)并和網(wǎng)絡(luò)上的 其它處理器通信的例如微型處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、門(mén)陣列等多種處理器上執(zhí)行。為了便 于說(shuō)明，這里并沒(méi)有將所述裝置的每個(gè)步驟或元件描述為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，但是本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員將理解到，每個(gè)步驟或元件可具有相應(yīng)的計(jì)算系統(tǒng)或軟件組成。因此通 過(guò)描述其相應(yīng)的步驟或元件(即其功能)，可以實(shí)現(xiàn)這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或軟件組成，并且 它們也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 已如上描述了本發(fā)明的至少示例性的實(shí)施方式，多種變型和改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易想到的，并且這些變型和改進(jìn)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，以上描述 只是示例性的，而沒(méi)有限制含義。本發(fā)明只由權(quán)利要求及其等同物限定的內(nèi)容來(lái)限制。
權(quán)利要求
一種多軸疲勞裝置，包括樣品保持器，保持可植入的測(cè)試構(gòu)件；第一致動(dòng)器，造成所述樣品保持器沿著至少第一變形軸線變形；第二致動(dòng)器，造成所述樣品保持器沿著至少第二變形軸線變形；以及控制器，操作所述第一和第二致動(dòng)器，以產(chǎn)生與所述第一變形軸線相關(guān)的第一周期剖面和與所述第二變形軸線相關(guān)的第二周期剖面，其中沿著所述第一變形軸線的變形通過(guò)所述第一和第二致動(dòng)器來(lái)確定。
2. 如權(quán)利要求1所述的多軸疲勞裝置，還包括連接到所述第一和第二致動(dòng)器的機(jī)械連 桿機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)響應(yīng)所述第一和第二致動(dòng)器來(lái)造成所述樣品保持器沿著所述第 一和第二變形軸線變形。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述第一變形軸線代表彎曲角度。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述第二變形軸線代表軸向應(yīng)變。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述控制器能夠允許用戶選擇用于一個(gè) 或多個(gè)所述變形軸線的周期剖面。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中用于所述第一和第二變形軸線的每個(gè)變形軸線的用 戶限定的周期剖面模擬被植入的測(cè)試構(gòu)件的所期望的使用狀態(tài)。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中所述用戶限定的周期剖面是非正弦的。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中用于所述第一變形軸線的第一周期剖面 與用于所述第二變形軸線的第二周期剖面相差一個(gè)相角。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述控制器能夠允許用戶選擇用于所述第一和第二 變形軸線的每個(gè)變形軸線的第二周期剖面，用于所述第一和第二變形軸線的每個(gè)變形軸線 的所述第二周期剖面模擬所述被植入的測(cè)試構(gòu)件的所期望的第二使用狀態(tài)。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)包括四連桿機(jī)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)包括剪刀式連桿機(jī)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求l-ll中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括多個(gè)樣品保持器，每個(gè)所述樣品保 持器能夠保持測(cè)試構(gòu)件。
13. 如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括附接到所述樣品保持器的一端的第 一扭轉(zhuǎn)組件，所述第一扭轉(zhuǎn)組件按照扭轉(zhuǎn)周期剖面將扭轉(zhuǎn)施加到所述測(cè)試構(gòu)件。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括附接到所述樣品保持器的相對(duì)端的第二扭轉(zhuǎn)組 件，所述第一和第二扭轉(zhuǎn)組件按照扭轉(zhuǎn)周期剖面與沿著所述第一和第二變形軸線的變形相 一致地將扭轉(zhuǎn)施加到所述測(cè)試構(gòu)件。
15. —種方法，包括 接收一組測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)；根據(jù)所述組的測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)的至少一部分，計(jì)算用于第一致動(dòng)器的第一組位置，所述 第一組位置限定所述第一致動(dòng)器在疲勞周期中的狀態(tài)；根據(jù)用于所述第一致動(dòng)器的所述第一組位置的至少一部分，計(jì)算用于第二致動(dòng)器的第 二組位置，所述第二組位置限定所述第二致動(dòng)器在所述疲勞周期中的狀態(tài)；以及按照計(jì)算的第一組位置重復(fù)操作所述第一致動(dòng)器并按照計(jì)算的第二組位置重復(fù)操作所述第二致動(dòng)器長(zhǎng)達(dá)預(yù)定數(shù)量的周期，其中所述第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器的操作產(chǎn)生測(cè)試構(gòu)件按照第一周期剖面沿著第一 變形軸線的變形以及按照第二周期剖面沿著第二變形軸線的變形。
全文摘要
一種多軸疲勞測(cè)試裝置包括通過(guò)多個(gè)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的多重輸入、多重輸出的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)以及實(shí)時(shí)和同步操作多個(gè)致動(dòng)器的每個(gè)致動(dòng)器以產(chǎn)生用戶限定的多個(gè)疲勞周期剖面的控制器。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101784877SQ200880100253
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者D·J·德維利, T·D·尼克爾 申請(qǐng)人:伯斯有限公司